JP2009075462A - Output terminal for nano-photonic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ナノスケールの光通信ネットワーク、光計測等の分野に適用されるナノフォトニックデバイス用の出力端子に関する。 The present invention relates to an output terminal for a nanophotonic device applied to fields such as a nanoscale optical communication network and optical measurement.
近年の半導体微細加工技術の発展により、量子力学的効果が顕著に現れるサイズまでに微細な構造をもつ半導体素子が実現されている（例えば、非特許文献１参照。）。この量子力学的効果を利用した半導体素子として、例えばＨＢＴ(Hetero-junction Bipolar Transistor)や量子井戸レーザ等が実用化されている。また量子力学的効果を利用し、単一電子を制御することにより電子の粒子性を極限まで利用するナノスケールの量子ドットが注目されている。 With the recent development of semiconductor microfabrication technology, a semiconductor element having a fine structure up to a size at which a quantum mechanical effect appears noticeably has been realized (for example, see Non-Patent Document 1). As semiconductor elements utilizing this quantum mechanical effect, for example, HBT (Hetero-junction Bipolar Transistor) and quantum well lasers have been put into practical use. In addition, nanoscale quantum dots that take advantage of the particle properties of electrons by controlling single electrons using quantum mechanical effects have attracted attention.
量子ドットは、上述した半導体微細加工技術を用いることにより、光励起担体に三次元的な量子閉じ込めを与えるほど微細なポテンシャルの箱を形成したものである。この光励起担体の閉じ込め系を利用し、量子ドット内のキャリアのエネルギー準位が離散的になり、状態密度がデルタ関数的に尖鋭化する。この量子ドットにおける尖鋭化した状態間における光の吸収を利用する単一電子メモリや、量子ドットを出入りする単一電子をＯＮ／ＯＦＦ動作させる単一電子トランジスタが既に研究されており、単一電子のナノスケール操作が実現化されつつある。 Quantum dots are formed by using the above-described semiconductor microfabrication technique to form a box having a potential that is so fine that it gives three-dimensional quantum confinement to the photoexcited carrier. Utilizing this confined system of photoexcited carriers, the energy levels of carriers in the quantum dots become discrete, and the state density sharpens in a delta function. Single-electron memories that use light absorption between the sharpened states of this quantum dot and single-electron transistors that turn on / off single electrons that enter and exit the quantum dot have already been studied. Nanoscale manipulation is being realized.
ところで、将来の大容量情報処理への要求に応えるべく、光の回折限界に支配されることなく演算処理、情報処理、遅延処理等を行うことができるナノスケールの演算回路、遅延回路等の実現が望まれている。 By the way, in order to meet future demands for large-capacity information processing, realization of nanoscale arithmetic circuits, delay circuits, etc. that can perform arithmetic processing, information processing, delay processing, etc. without being governed by the diffraction limit of light Is desired.
しかしながら、かかるナノスケールの回路を電子デバイスで実現化しようとした場合、量子的なゆらぎが生じてしまうという問題点があり、また光デバイスで実現しようとした場合には、やはり光の回折限界により微小化が制限されてしまうという問題点がある。 However, there is a problem that quantum fluctuations occur when an attempt is made to realize such a nanoscale circuit with an electronic device. There is a problem that miniaturization is limited.
このため、特許文献１においては、ナノメートル領域に配置した量子ドット間に特有な光物理現象を見出し、光の回折限界に支配されることなく積演算を始めとした演算処理等を行うことができる演算回路が提案されている。
しかしながら、上述した特許文献１において、量子ドットからの出力光の光強度は、実際にこれを精度よく検出する観点からは、未だ低いといわざるを得ない。量子ドット自体の体積が小さいことがその最大の理由である。また、量子ドットからの出力光の光強度が小さいことにより、振動子強度自体が小さくなり、ひいては発光寿命が遅くなってしまう。この発光寿命が遅延するということは、即ち、発光の周期が長くなることから発光の機会そのものが制限されることに相当する。発光の機会が制限されれば、これを使用したナノフォトニックデバイスの感度を向上させることができなくなってしまう。 However, in Patent Document 1 described above, it can be said that the light intensity of the output light from the quantum dots is still low from the viewpoint of actually detecting this accurately. The main reason is that the quantum dot itself has a small volume. Further, since the light intensity of the output light from the quantum dots is low, the vibrator strength itself is reduced, and the light emission life is thus delayed. The delay in the light emission lifetime corresponds to the fact that the light emission opportunity itself is limited because the light emission cycle becomes longer. If the opportunity of light emission is limited, the sensitivity of the nanophotonic device using this cannot be improved.
このため、従来から、この量子ドットの発光寿命を早くすることにより、単位時間当たりの発光回数を増加させることが懸案となっていた。 For this reason, conventionally, it has been a concern to increase the number of times of light emission per unit time by increasing the light emission lifetime of the quantum dots.
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、複数の量子ドット間で光励起担体を送受することにより動作するナノフォトニックデバイス用の出力端子において、特に出力光の発光強度を増加させるとともに、発光寿命の遅延を防止することが可能なナノフォトニックデバイス用の出力端子、並びにこれを利用したナノフォトニックデバイスを提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and its object is to provide an output for a nanophotonic device that operates by transmitting and receiving photoexcited carriers between a plurality of quantum dots. In particular, an object of the present invention is to provide an output terminal for a nanophotonic device that can increase the emission intensity of output light and prevent a delay in light emission lifetime, and a nanophotonic device using the same.
本発明を適用したナノフォトニックデバイス用の出力端子は、上述した課題を解決するために、複数の量子ドット間で光励起担体を送受することにより動作するナノフォトニックデバイス用の出力端子において、上記ナノフォトニックデバイスを構成する量子ドットのうち、上記光励起担体を出力する出力用の量子ドットから５０ｎｍ以下の近接場領域に配置される、直径１００ｎｍ以下の１の金属微粒子から構成されることを特徴とする。 An output terminal for a nanophotonic device to which the present invention is applied is an output terminal for a nanophotonic device that operates by transmitting and receiving a photoexcited carrier between a plurality of quantum dots in order to solve the above-described problem. Among the quantum dots constituting the nanophotonic device, the quantum dots are composed of one metal fine particle having a diameter of 100 nm or less arranged in a near-field region of 50 nm or less from the output quantum dot that outputs the photoexcited carrier. And
上述した構成からなる本発明において、出力用の量子ドットからの光励起担体を、金属のナノ構造体としての出力端子へと集積させる過程においてこれを発光することが可能となる。出力用の量子ドットと出力端子とが近接場光で結合することにより、発光の寿命の短縮が期待される。そして、この緩和時間の短縮化を図ることができれば、発光信号強度の増大をも図ることが可能となる。 In the present invention having the above-described configuration, it becomes possible to emit light in the process of integrating the photoexcited carriers from the output quantum dots into the output terminals as metal nanostructures. The lifetime of light emission is expected to be shortened by coupling the output quantum dots and the output terminals with near-field light. If the relaxation time can be shortened, it is possible to increase the light emission signal intensity.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、本発明を適用したナノフォトニックデバイス用の出力端子、並びにこれを利用したナノフォトニックデバイスの構成について図１を用いて説明をする。 First, an output terminal for a nanophotonic device to which the present invention is applied and a configuration of a nanophotonic device using the output terminal will be described with reference to FIG.
ナノフォトニックデバイス２０は、複数の量子ドット間で光励起担体を送受することにより動作するデバイスであればいかなる構成を適用するようにしてもよいが、以下の説明においては特許文献１に示した積演算を始めとした演算処理を行う場合を例にとり説明する。 As long as the nanophotonic device 20 is a device that operates by transmitting and receiving photoexcited carriers between a plurality of quantum dots, any configuration may be applied. In the following description, the product shown in Patent Document 1 is used. An explanation will be given taking as an example a case where calculation processing such as calculation is performed.
図１に示すように、光信号がそれぞれ供給される第１の量子ドット１２並びに第２の量子ドット１３と、これらの近傍に形成された第３の量子ドット１４と、第３の量子ドット１４の近傍において配置された出力端子１とからなるナノフォトニックデバイス２０を基板上に形成させたデバイスとして具体化されている。 As shown in FIG. 1, a first quantum dot 12 and a second quantum dot 13 to which optical signals are respectively supplied, a third quantum dot 14 formed in the vicinity thereof, and a third quantum dot 14 Is embodied as a device in which a nanophotonic device 20 comprising an output terminal 1 arranged in the vicinity of is formed on a substrate.
この量子ドット１２〜１４は、互いに周波数の異なる複数の光信号を多重化させた伝搬光が供給されるものであり、例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ又はＣａＦ２等の材料により構成される誘電性の基板１１と、この基板１１上に形成された量子ドット１２,１３,１４からなるナノフォトニックデバイス２０とを備えている。 The quantum dots 12 to 14 are supplied with propagating light in which a plurality of optical signals having different frequencies are multiplexed. For example, the dielectric substrate 11 made of a material such as NaCl, KCl, or CaF 2 is used. And a nanophotonic device 20 composed of quantum dots 12, 13, and 14 formed on the substrate 11.
ナノフォトニックデバイス２０を構成する各量子ドット１２,１３,１４は、励起子を三次元的に閉じ込めることにより形成される離散的なエネルギー準位に基づき、単一電子（励起子）を制御する。この量子ドット１２,１３,１４においては、励起子の閉じ込め系により、量子ドット内のキャリアのエネルギー準位が離散的になり、状態密度をデルタ関数的に尖鋭化させることができる。なお、この量子ドット１２,１３,１４において扱う励起子は、電子、正孔等のいかなる光励起担体に代替することが可能となる。 Each quantum dot 12, 13, 14 constituting the nanophotonic device 20 controls a single electron (exciton) based on discrete energy levels formed by confining excitons in three dimensions. . In the quantum dots 12, 13, and 14, the energy level of the carriers in the quantum dots becomes discrete due to the exciton confinement system, and the state density can be sharpened in a delta function. The excitons handled in the quantum dots 12, 13, and 14 can be replaced with any photoexcited carriers such as electrons and holes.
ナノフォトニックデバイス２０を構成する各量子ドット１２,１３,１４は、ＣｕＣｌ、ＧａＮ又はＺｎＯ等の材料系からなり、各量子ドット１２,１３,１４を構成する材料系がＣｕＣｌである場合に、これらは立方体として構成され、また各量子ドット１２,１３,１４を構成する材料系がＧａＮやＺｎＯである場合に、これらは球形或いは円盤形として構成される。この各量子ドット１２,１３,１４の辺長や径は、それぞれ４ｎｍ〜１０ｎｍ程度で構成することも可能となり、光の波長λと比較してより小さいサイズで基板１１上に形成させることも可能となる。 Each quantum dot 12, 13, 14 constituting the nanophotonic device 20 is made of a material system such as CuCl, GaN or ZnO, and when the material system constituting each quantum dot 12, 13, 14 is CuCl, These are configured as cubes, and when the material system constituting each quantum dot 12, 13, 14 is GaN or ZnO, these are configured as a sphere or a disk. Each of the quantum dots 12, 13, and 14 can have a side length and a diameter of about 4 nm to 10 nm, and can be formed on the substrate 11 with a smaller size than the wavelength λ of light. It becomes.
このナノフォトニックデバイス２０は、基板１１上において複数グループに亘り離散的に複製されてなる。このナノフォトニックデバイス２０が形成された基板１１上には、光ファイバ等で伝送可能な遠視野光としての伝搬光がそのまま供給されてくる。このため、かかる伝搬光に多重化された各光信号は、そのままナノフォトニックデバイス２０を構成する各量子ドット１２,１３,１４へと供給されることになる。 The nanophotonic device 20 is replicated discretely over a plurality of groups on the substrate 11. On the substrate 11 on which the nanophotonic device 20 is formed, propagation light as far-field light that can be transmitted by an optical fiber or the like is supplied as it is. For this reason, each optical signal multiplexed in such propagating light is supplied as it is to each quantum dot 12, 13, 14 constituting the nanophotonic device 20.
出力端子１は、金属微粒子として構成される。出力端子１を構成する材料としては、Ａｕ（他の材料系があればご教示願います。）等で構成されている。この出力端子１は、上記量子ドット１２〜１４のうち、光励起担体を出力する量子ドット（以下の例でいうところの第３の量子ドット１４）から３０ｎｍ以下の近接場領域に配置される。この出力端子１は、直径５０ｎｍ以下となるようにサイズが調整されている。 The output terminal 1 is configured as metal fine particles. The material constituting the output terminal 1 is made of Au (please tell me if there are other material systems) or the like. The output terminal 1 is disposed in a near-field region of 30 nm or less from the quantum dots (third quantum dots 14 in the following example) that output photoexcited carriers among the quantum dots 12 to 14. The size of the output terminal 1 is adjusted to be 50 nm or less.
ナノフォトニックデバイス２０を構成する量子ドット１２,１３,１４がそれぞれ立方体として構成されている場合において、第１の量子ドット１２と、第２の量子ドット１３と、第３の量子ドット１４との辺長比は、上述の如く１：２：√２であるとき、仮に周波数ω１の光信号Ａを供給することにより、図２に示す第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）へ光励起担体を励起させた場合には、かかる量子準位（１,１,１）と第３の量子ドット１４における量子準位（２,１,１）との間で共鳴が生じる。その結果、第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）に存在する光励起担体が、第３の量子ドット１４の量子準位（２,１,１）へ移動し、さらに第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）へ遷移する。この結果、見かけ上第１の量子ドット１２から第３の量子ドット１４へ光励起担体が移動することになる。また、第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）と第２の量子ドット１３における量子準位（２,２,２）との間で共鳴が生じる。その結果、見かけ上第１の量子ドット１２から第２の量子ドット１３へ光励起担体が移動することになる。 In the case where the quantum dots 12, 13, and 14 constituting the nanophotonic device 20 are each configured as a cube, the first quantum dot 12, the second quantum dot 13, and the third quantum dot 14 When the side length ratio is 1: 2: √2 as described above, suppose that the optical signal A having the frequency ω1 is supplied, whereby the quantum levels (1, 1, and 2) in the first quantum dot 12 shown in FIG. When the photoexcited carrier is excited to 1), resonance occurs between the quantum level (1,1,1) and the quantum level (2,1,1) in the third quantum dot 14. As a result, the photoexcited carrier existing at the quantum level (1, 1, 1) in the first quantum dot 12 moves to the quantum level (2, 1, 1) of the third quantum dot 14, and further Transition to the quantum level (1, 1, 1) of the three quantum dots 14. As a result, the photoexcited carrier apparently moves from the first quantum dot 12 to the third quantum dot 14. In addition, resonance occurs between the quantum level (1, 1, 1) in the first quantum dot 12 and the quantum level (2, 2, 2) in the second quantum dot 13. As a result, the photoexcited carrier apparently moves from the first quantum dot 12 to the second quantum dot 13.
これに対して、周波数ω２の光信号Ｂを供給した場合には、第２の量子ドット１３における量子準位（１,１,１）のみに対して光励起担体が励起される。換言すれば、かかる光信号Ｂを受けたときには、第２の量子ドット１３における量子準位（１,１,１）のみ光励起担体が埋められることになる。かかる場合には、第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）に存在する光励起担体が、第２の量子ドット１３の量子準位（２,２,２）に移動しても、第２の量子ドット１３の量子準位（１,１,１）に移動することはできない。 On the other hand, when the optical signal B having the frequency ω2 is supplied, the photoexcited carrier is excited only for the quantum level (1, 1, 1) in the second quantum dot 13. In other words, when the optical signal B is received, only the quantum level (1, 1, 1) in the second quantum dot 13 is filled with the photoexcited carrier. In such a case, the photoexcited carrier existing at the quantum level (1, 1, 1) in the first quantum dot 12 moves to the quantum level (2, 2, 2) of the second quantum dot 13. However, it cannot move to the quantum level (1, 1, 1) of the second quantum dot 13.
ここで周波数ω１の光信号Ａと周波数ω２の光信号Ｂがともに伝搬光に多重化されている場合には、かかる周波数ω１からなる光信号Ａを受けて第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）へ光励起担体が励起されるとともに、周波数ω２からなる光信号Ｂを受けて第２の量子ドット１３における量子準位（１,１,１）へ光励起担体が励起される。 Here, when both the optical signal A having the frequency ω1 and the optical signal B having the frequency ω2 are multiplexed in the propagation light, the quantum level in the first quantum dot 12 is received by receiving the optical signal A having the frequency ω1. The photoexcited carrier is excited to (1,1,1), and the photoexcited carrier is excited to the quantum level (1,1,1) in the second quantum dot 13 by receiving the optical signal B having the frequency ω2. .
その結果、第１の量子ドット１２における量子準位（１,１,１）へ励起された光励起担体は、第３の量子ドット１４における量子準位（２,１,１）へ移動し、さらにこの第３の量子ドット１４における量子準位（１,１,１）に移動した後、第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）と第２の量子ドット１３の（２,１,１）の間の近接場−近接場相互作用により第２の量子ドット１３の量子準位（２,１,１）に移動することは可能である。しかしながら、第２の量子ドット１３では、光信号Ｂに基づいて励起された光励起担体が既に量子準位（１,１,１）において埋められているため、かかる第３の量子ドット１４から第２の量子ドット１３における量子準位（２,１,１）へ移動した光励起担体は、その下位準位としての量子準位（１,１,１）への緩和ができない。このため、第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）へ移動してきた光励起担体は、第３の量子ドットの量子準位（１,１,１）より出力光として発光する確率がより高くなる。 As a result, the photoexcited carrier excited to the quantum level (1, 1, 1) in the first quantum dot 12 moves to the quantum level (2, 1, 1) in the third quantum dot 14, and further After moving to the quantum level (1, 1, 1) in the third quantum dot 14, the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14 and (2 of the second quantum dot 13) , 1, 1), it is possible to move to the quantum level (2, 1, 1) of the second quantum dot 13 by the near field-near field interaction. However, in the second quantum dot 13, the photoexcited carrier excited based on the optical signal B is already filled in the quantum level (1, 1, 1). The photoexcited carrier moved to the quantum level (2, 1, 1) in the quantum dot 13 cannot be relaxed to the quantum level (1, 1, 1) as its lower level. For this reason, the photoexcited carrier that has moved to the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14 emits light as output light from the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot. Probability is higher.
同様に、第１の量子ドット１２から第２の量子ドット１３の量子準位（２,２,２）へ移動した光励起担体は、かかる第２の量子ドット１３の量子準位（２,１,１）へ緩和することになるが、さらに下位にある量子準位（１,１,１）は光信号Ｂに基づく光励起担体で既に埋められているため、当該量子準位へ緩和されることはない。しかしながら、第２の量子ドット１３の量子準位（２,１,１）と第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）は共鳴準位であることから、第２の量子ドット（２,１,１）の光励起担体は、第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）に移動し、かかる準位より出力光として発光することになる。 Similarly, the photoexcited carrier that has moved from the first quantum dot 12 to the quantum level (2, 2, 2) of the second quantum dot 13 has a quantum level (2, 1, 2) of the second quantum dot 13. 1), but the lower quantum level (1,1,1) is already filled with the photoexcited carrier based on the optical signal B, so that it is relaxed to the quantum level. Absent. However, since the quantum level (2, 1, 1) of the second quantum dot 13 and the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14 are resonance levels, the second quantum dot 13 The photoexcited carrier of the dot (2, 1, 1) moves to the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14, and emits light as output light from this level.
即ち、この第３の量子ドット１４からの出力光の光強度は、第３の量子ドット１４における下位準位への光励起担体の放出量に応じたものであり、かかる光励起担体の放出量は第１の量子ドット１２から伝送される光励起担体の量に支配される。即ち、第１の量子ドット１２,第２の量子ドット１３の双方に光信号Ａ,Ｂがそれぞれ供給された場合には、第１の量子ドット１２から第３の量子ドット１４へ伝送される光励起担体の多くをこの第３の量子ドット１４から放出させることができ、さらにこの第１の量子ドット１２から第２の量子ドット１３へ伝送される光励起担体の多くを第３の量子ドット１４へ移動させて放出させることも可能となる。その結果、かかる第３の量子ドット１４からの光励起担体の放出に基づく、出力光の光強度は大きくなる。 That is, the light intensity of the output light from the third quantum dot 14 corresponds to the amount of photoexcited carrier emitted to the lower level in the third quantum dot 14, and the amount of photoexcited carrier emitted is the first. It is governed by the amount of photoexcited carriers transmitted from one quantum dot 12. That is, when the optical signals A and B are supplied to both the first quantum dot 12 and the second quantum dot 13, respectively, the optical excitation transmitted from the first quantum dot 12 to the third quantum dot 14 Most of the carriers can be emitted from the third quantum dots 14, and more of the photoexcited carriers transmitted from the first quantum dots 12 to the second quantum dots 13 are moved to the third quantum dots 14. It is also possible to release it. As a result, the light intensity of the output light based on the release of the photoexcited carrier from the third quantum dot 14 is increased.
なお、本発明では、この第３の量子ドット１４から出力光を直接的に発光させるのではなく、図２に示すように第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）に移動した光励起担体によるエネルギーを更に出力端子１へ放出させ、当該放出に基づいて出力光を生成する。 In the present invention, the output light is not directly emitted from the third quantum dot 14, but the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14 as shown in FIG. Energy from the moved photoexcited carrier is further emitted to the output terminal 1, and output light is generated based on the emission.
具体的には、図２に示すように、第３の量子ドット１４の量子準位（１,１,１）に移動した光励起担体は、出力端子１におけるエネルギーバンドへと移動することになる。この移動に伴い発光が生じる。この発光の理由としては、金属のナノ構造体としての出力端子１は、プラズモンとしての光励起担体との結合により電子系の励起状態を光に変換することができるためである。 Specifically, as shown in FIG. 2, the photoexcited carrier that has moved to the quantum level (1, 1, 1) of the third quantum dot 14 moves to the energy band at the output terminal 1. Light emission occurs with this movement. The reason for this light emission is that the output terminal 1 as a metal nanostructure can convert the excited state of the electron system into light by coupling with the photoexcited carrier as plasmon.
なお、この出力端子１が１００ｎｍを超えると、量子ドット１４からの光励起担体をこの出力端子１としての金属微粒子自身が吸収してこれを熱に変換してしまい、出力光として放出されなくなる。このため、出力端子１の直径は、１００ｎｍ以下とされていることが条件となり、より望ましくは５０ｎｍ以下とされていれば、光励起担体の吸収より低いレベルで抑えることが可能となり、出力端子１により熱に変換されることなく、光として放出されることになる。 When the output terminal 1 exceeds 100 nm, the photoexcited carriers from the quantum dots 14 are absorbed by the metal fine particles themselves as the output terminal 1 and converted into heat, and are not emitted as output light. For this reason, the diameter of the output terminal 1 is required to be 100 nm or less, and more desirably 50 nm or less, it is possible to suppress at a level lower than the absorption of the photoexcited carrier. It will be emitted as light without being converted to heat.
このような構成からなる本発明では、量子ドット１４と出力端子１とが近接場光で結合することにより、発光の寿命の短縮が期待される。そして、この緩和時間の短縮化を図ることができれば、発光信号強度の増大をも図ることが可能となる。 In the present invention having such a configuration, the quantum dot 14 and the output terminal 1 are coupled by near-field light, so that the lifetime of light emission is expected to be shortened. If the relaxation time can be shortened, it is possible to increase the light emission signal intensity.
１ 出力端子
１１ 基板
１２,１３,１４ 量子ドット
２０ ナノフォトニックデバイス
1 Output terminal 11 Substrate 12, 13, 14 Quantum dot 20 Nanophotonic device
Claims (3)
上記ナノフォトニックデバイスを構成する量子ドットのうち、上記光励起担体を出力する出力用の量子ドットから５０ｎｍ以下の近接場領域に配置される、直径１００ｎｍ以下の１の金属微粒子から構成されること
を特徴とするナノフォトニックデバイス用の出力端子。 In the output terminal for nanophotonic devices that operate by sending and receiving photoexcited carriers between multiple quantum dots,
Among the quantum dots constituting the nanophotonic device, the quantum dots are composed of one metal fine particle having a diameter of 100 nm or less, which is disposed in a near-field region of 50 nm or less from the output quantum dot that outputs the photoexcited carrier. The output terminal for the featured nanophotonic device.
を特徴とする請求項１記載のナノフォトニックデバイス用の出力端子。 The output terminal for a nanophotonic device according to claim 1, wherein the metal fine particles are made of Au having a diameter of 100 nm or less.
互いに同一の共鳴エネルギー準位を有する制御用の量子ドット並びに出力用の量子ドットと、上記出力用の量子ドットから５０ｎｍ以下の近接場領域に配置される上記出力端子とを備え、
上記制御用の量子ドットは、供給された光励起担体を上記共鳴エネルギー準位を介して上記出力用の量子ドットへ注入し、制御光が供給された場合には、これに基づいて上記共鳴エネルギー準位よりも下位準位へ光励起担体を励起させることにより、上記出力用の量子ドットへ注入すべき光励起担体の量を増加させ、
上記出力用の量子ドットは、上記制御用の量子ドットから注入された光励起担体を上記共鳴エネルギー準位から下位準位へ遷移させたエネルギーを更に上記金属微粒子へ放出させ、当該放出に基づいて出力光を生成すること
を特徴とする請求項１記載のナノフォトニックデバイス。 In the nanophotonic device provided with the output terminal according to claim 1 or 2,
Control quantum dots having the same resonance energy level and output quantum dots, and the output terminal disposed in a near-field region of 50 nm or less from the output quantum dots,
The control quantum dot injects the supplied photoexcited carrier into the output quantum dot via the resonance energy level, and when the control light is supplied, the resonance energy level is based on the injection. The amount of photoexcited carriers to be injected into the output quantum dots is increased by exciting the photoexcited carriers to a lower level than the level,
The output quantum dot further emits energy obtained by transitioning the photoexcited carrier injected from the control quantum dot from the resonance energy level to a lower level to the metal fine particles, and outputs based on the emission. The nanophotonic device according to claim 1, wherein the nanophotonic device generates light.
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